Błony plazmatyczne
Błona plazmatyczna jest strukturą komórki roślinnej, która tworzy półprzepuszczalną, lub selektywną, barierę między wnętrzem komórki a środowiskiem zewnętrznym; funkcjonują one również w transporcie cząsteczek do i z komórki.
Oprócz tworzenia strukturalnej bariery między wewnętrzną zawartością komórki a środowiskiem zewnętrznym, błony plazmatyczne zawierają białka zaangażowane w transport cząsteczek i innych substancji do i z komórki, a także zawierają białka i inne cząsteczki, które są niezbędne do odbierania sygnałów ze środowiska i od hormonów roślinnych, które kierują wzrostem i podziałem.
Węglowodany związane z błoną plazmatyczną są markerami typu komórki. U roślin błona plazmatyczna jest miejscem syntezy celulozy.
Cząsteczki lipidów zapewniają strukturę błony plazmatycznej, która jest opisywana przez model płynnej mozaiki jako dynamiczny ocean lipidów, w którym pływają inne cząsteczki.
Fosfolipidy są najobficiej występującymi lipidami błon plazmatycznych i są zorganizowane w płynną dwuwarstwę fosfolipidową, w której przeplatają się sterole, białka i inne cząsteczki. Fosfolipidy są amfipatycznymi cząsteczkami, zawierającymi regiony lubiące wodę (hydrofilowe) i bojące się wody (hydrofobowe) regions.
Każdy fosfolipid składa się z trójwęglowego szkieletu glicerolu; dwa z tych węgli są dołączone do długołańcuchowych cząsteczek kwasu tłuszczowego, a trzeci węgiel jest dołączony do grupy zawierającej fosforan. Ponieważ kwasy tłuszczowe są niepolarne i hydrofobowe, mają one tendencję do agregacji i wykluczenia wody.
Ta agregacja pozwala fosfolipidy do tworzenia struktury dwuwarstwowej, która ma kwasy tłuszczowe obu warstw w środku i naładowane, fosforan zawierające grupy w kierunku na zewnątrz.
Ta struktura dwuwarstwowa pozwala jednej powierzchni błony plazmy bilayer do interakcji z wodnego środowiska zewnętrznego, podczas gdy inne interakcje z wodnego środowiska wewnętrznego cellular.
Sterole są również znaleźć w błonach plazmy komórek roślinnych. Główny sterol znaleziony w błonach plazmatycznych komórek roślinnych jest stigmasterol (w przeciwieństwie do cholesterolu, który znajduje się w błonach plazmatycznych komórek zwierzęcych). Sterole znalezione w komórkach roślinnych są ważne ekonomicznie jako materiał wyjściowy dla leków opartych na sterydach, takich jak pigułki antykoncepcyjne.
Białka błonowe i węglowodany
Niektóre białka błonowe rozciągają się na całą długość dwuwarstwy fosfolipidowej i są nazywane białkami błonowymi trans. Białka transbłonowe są czasami określane jako integralne białka błonowe i mają zróżnicowaną strukturę i funkcje.
Część białka transbłonowego, która znajduje się na zewnętrznej powierzchni błony i oddziałuje ze środowiskiem wodnym, często zawiera naładowane lub polarne aminokwasy w swojej sekwencji.
Białka błonowe są często ważne dla otrzymywania sygnałów ze środowiska zewnętrznego jako receptory błonowe. Na przykład, hormony białkowe lub peptydowe oddziałują z receptorami białek transbłonowych na błonie plazmatycznej. Białka błonowe są również zaangażowane w odbieranie sygnałów, takich jak fotony światła.
Białka błonowe tworzą pory, które pozwalają jonom (naładowanym cząstkom) przechodzić przez wnętrze błony. Białka błonowe zwane nośnikami są niezbędne do doprowadzania cząsteczek składników odżywczych, takich jak cukry proste, do komórki.
Nie wszystkie białka w obrębie błony są białkami transbłonowymi. Niektóre są tylko luźno związane z błoną, dołączone do innych białek, lub zakotwiczone w błonie przez ogon lipidowy. Te białka, które nie obejmują obu stron błony, są często nazywane peryferyjnymi białkami błonowymi.
Oprócz białek, błona plazmatyczna zawiera cząsteczki węglowodanów. Cząsteczki węglowodanów są zwykle przyłączone do białek membranowych lub do cząsteczek lipidowych w obrębie dwuwarstwy. Węglowodany dostarczają ważnych informacji o typie i tożsamości komórki.
Transport przez błony
Transport cząsteczek do i z komórek jest ważną funkcją błony plazmatycznej. Cząsteczki hydrofobowe, takie jak tlen, i małe, nienaładowane cząsteczki, takie jak dwutlenek węgla, przekraczają błonę przez prostą dyfuzję.
Cząsteczki te wykorzystują energię potencjalną gradientu chemicznego do napędzania ich ruchu z obszaru o wyższym stężeniu po jednej stronie błony do obszaru o niższym stężeniu po drugiej stronie.
Dyfuzja działa najlepiej, gdy ten gradient stężenia jest stromy. Na przykład w komórkach, które nie mają zdolności do przeprowadzania fotosyntezy, tlen jest zużywany prawie tak szybko, jak wchodzi do komórki.
To utrzymuje ostry gradient cząsteczek tlenu przez błonę, tak że molekuły nieustannie przepływają z obszaru o większym stężeniu tlenu na zewnątrz komórki do obszaru o mniejszym stężeniu wewnątrz komórki.
Molekuły, które są polarne są wykluczone z hydrofobowego obszaru dwuwarstwy. Na transport tego rodzaju cząsteczek wpływają dwa czynniki: gradient stężenia i gradient elektryczny. Dwuwarstwy lipidowe oddzielają różnice w ładunku elektrycznym z jednej strony membrany na drugą, działając jak rodzaj biologicznego kondensatora.
Jeśli wnętrze komórki jest bardziej ujemne niż zewnątrz komórki, ujemnie naładowane jony musiałyby przejść z wnętrza na zewnątrz komórki, aby podróżować z gradientem elektrycznym. Połączenie stężenia i gradientu elektrycznego nazywa się gradientem elektrochemicznym.
Transport naładowanych lub polarnych cząsteczek wymaga pomocy białek w błonie, znanych jako transportery. Białka kanałowe tworzą pory w błonie i pozwalają małym, naładowanym cząsteczkom, zwykle jonom nieorganicznym, przepływać przez błonę z jednej strony na drugą.
Jeśli kierunek przemieszczania się jonu jest w dół jego gradientu elektrochemicznego, proces ten nie wymaga dodatkowej energii i jest nazywany transportem biernym.
Białka nośnikowe zmieniają kształt, aby umieścić małą cząsteczkę, taką jak cukier, z jednej strony błony na drugą. Pompy są białkami w błonie, które wykorzystują energię z adenozynotrójfosforanu (ATP) lub światła do transportu cząsteczek przez błonę. Gdy w transporcie wykorzystywana jest energia, proces ten nazywa się transportem aktywnym.
Biosynteza celulozy
W roślinach, błona plazmatyczna jest miejscem syntezy celulozy, najbardziej obfitego biopolimeru na Ziemi. Badania pod mikroskopem elektronowym sugerują, że błona komórkowa roślin zawiera struktury rozetowe, które są kompleksami wielu białek i są miejscami syntezy celulozy.
Badania na bakteriach, roślinach bawełnianych i chwastach Arabidoposis thaliana pozwoliły naukowcom wyizolować gen, który faktycznie przeprowadza reakcje chemiczne łączące cząsteczki glukozy w długą strukturę mikrofibryli celulozy.
Ten gen koduje białko zwane transferazą glikozylową. Przeciwciała przeciwko katalitycznej, lub aktywnej, podjednostce transferazy glikozylowej specyficznie znakują te struktury rozetowe.
Dwie z tych cząsteczek transferazy działają jednocześnie z przeciwnych stron, aby dodać dwie glukozy naraz do rosnącej mikrofibryli, co odpowiada za rotację naprzemiennych glukoz w cząsteczkach celulozy.
.